機車主變壓器常見故障分析畢業(yè)論文

1、山東職業(yè)學院 畢業(yè)設計（論文）題 目：機車主變壓器常見故障分析 系 別： 專 業(yè)： 班 級： 學生姓名： 指導教師： 完成日期：山東職業(yè)學院畢業(yè)設計任務書班 級學生姓名指導教師設計題目主要研究內容電力機車主變壓器結構、故障分析與研究一、電力機車主變壓器的特點。二、電力機車主變壓器故障分析與判斷主要技術指標或研究目標1.依據機車主變壓器的基本結構2.掌握處理故障的原則。3.故障處理及事故搶修的過程及方法步驟。4.應急處理方案等基本要求 1、根據功能要求編制設計方案。 2、撰寫報告。主要參考資料及文獻1 郭永年電工與電氣設備水利電力出版社1995.5 2 顧繩谷電機及拖動基礎機械工業(yè)出版社2003

2、.12 3 董其國紅外診斷技術在電力設備中的應用M北京機械工業(yè)出版社，1998.4吉鋒中國科技文庫電工技術一種變壓器自動滅火系統(tǒng)科技文獻出版社1998 5 馬振良，肖信昌，何雨祥變電站值班員中國電力出版社 2002.4 山東職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）評審表 班級： 姓名： 學號：評價內容具 體 要 求分值評分調查論證能獨立查閱文獻和調研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。10實驗方案設計與實驗技能能正確設計實驗方案，獨立進行實驗工作。20分析與解決問題的能力能運用所學知識和技能去發(fā)現與解決實際問題；能正確處理實驗數據；能對課題進行理論分析，得出有價值的結論

3、。20工作量、工作態(tài)度按期圓滿完成規(guī)定的任務，工作量飽滿，難度較大；工作努力，遵守紀律；工作作風嚴謹務實。20質 量綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結構嚴謹合理；實驗正確，分析處理科學；文字通順，技術用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，書寫工整規(guī)范，圖表完備、整潔、正確；論文結果有應用價值。20創(chuàng) 新工作中有創(chuàng)新意識；對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。10成 績100論文評語：指導教師簽名：評閱教師簽名：年 月 日 山東職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）答辯記錄及總成績（答辯小組用）班級： 姓名： 學號： 答 辯 題 目對學生回答問題的評語正確基本正確經提示回答不正確未回答答辯委員會（或小組）評

4、語：成績： 答辯負責人簽名： 年 月 日指導教師評分評閱人評分答辯評分論文總成績系畢業(yè)設計（論文）領導小組審核意見： 小組組長簽名：年 月 日 注：畢業(yè)設計（論文）總成績中，指導教師評分占40%，評閱人評分占20%，答辯評分占40%。 摘要近年來，由于經濟的快速發(fā)展和我國的資源分布不均等特殊條件，鐵路運輸以其運量大，經濟等顯著特點在國民經濟中占有重要地位，在各種運輸方式中起到不可替代的作用。為了提高運輸效率，鞏固和提高市場占有率，鐵路部門在大刀闊斧的進行機構、制度改革的同時，也在不斷進行技術革新。大力發(fā)展高速鐵路和重載鐵路，在貨物運輸車輛技術方面，不斷完善鐵路貨車構造，運用新技術，新材料，在保

5、證安全的前提下，進一步提高了貨車的載重和速度。 機車變壓器是電力系統(tǒng)中最關鍵的設備之一，它承擔著電壓變換，電能分配和傳輸，并提供電力服務。變壓器的正常運行是對電力系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質、經濟運行的重要保證，必須最大限度地防止和減少變壓器故障和事故的發(fā)生。關鍵詞：機車變壓器；結構，原理，故障分析；處理 目 錄 第一章緒論鐵路運輸是我國經濟運行的大動脈，在我國交通體系中占有重要的地位。隨著國民經濟的迅速發(fā)展，我國鐵路加快了以高速、重載、安全為主題的發(fā)展步伐。但行車安全是鐵路運輸的永恒主題，鐵路提速后對機車的安全性提出了更高更嚴的要求。機車主變壓器是電力機車的心臟部分，它的好壞直接影響到機車的行車安全

6、。從電力機車主變壓器多年來運行的狀況來看，主變壓器的故障率雖然不高，可是一旦出現故障就會造成很大損失。近年來,電力機車主變壓器多次出現滲漏油故障,特別是有些新造的電力機車主變壓器也發(fā)生了該現象。主變壓器滲漏油不僅污染機車內部電纜及設備影響變壓器及相關設備的外觀,造成不必要的損失；而且迫使主變壓器不得不停電檢修,造成一定的社會影響甚至危及行車安全。所以,如何解決滲漏油問題是提高主變壓器質量的關鍵項點之一。電氣設備運行狀態(tài)的在線檢測和故障診斷，使設備從傳統(tǒng)的預防性檢修提高到預知性狀態(tài)檢修，對提高設備運行可靠性與有效度，提高電力系統(tǒng)經濟效益，降低維修成本，都有很重要的意義。主變壓器又稱為牽引變壓器，

7、它是交-直流傳動電力機車中的重要電器設備。用來將接觸網上取得的單相工頻交流25KV高壓電降為機車各電路所需的電壓，以滿足機車各種電機、電器工作的需要。主變壓器的工作原理與普通單相降壓電力變壓器基本相同，但由于其工作條件特殊，特別是為了滿足機車調壓、整流電路的特殊要求，故在主變壓器的設計及結構型式上均有自身的特點。我國電力牽引變壓器設計及工藝技術起源于20 世紀50 年代從前蘇聯引進的6Y2 機車牽引變壓器技術，代表產品為SS7E型電力機車用JDFP3-9180/25型牽引變壓器。該變壓器為立式結構，采用銅管冷卻、車內進風等技術。經過不斷的技術改進，基本上形成了一個初步技術平臺。 第二章 主變壓

8、器作用及技術要求主變壓器是交流電力機車上的一個重要部件,用來把接觸網上取得的25kV高壓電變換為供給牽引電動機及其它電機、電器工作所適合的電壓，其工作原理與普通電力變壓器相同。主要技術參數額定容量、電壓、電流 (見表2.1)表2.1 額定容量、電壓、電流 繞組名稱網側牽引取暖勵磁輔助端子代AXa1b1x1，a3x3a2a2x2，a4x4a8x8a9x9a5 x5a6 x6a7x7b7x7額定容量kVA91804×1905.42×5822×3632012額定電壓V250002×337.8+675.62×872.7168.9337.8225.2額定

9、電流A367.22820667213.194753.5額定頻率 50Hz工作電壓范圍：最低 19kV最高 29kV額定阻抗電壓(歸算到二次側)(見表2.2)表2.2 額定分接的阻抗電壓(歸算到二次側額定電流) 線圈組合阻抗電壓 線圈組合阻抗電壓網側-牽引AX-a1x1 15.7%AX-a8x8 10.08%AX-a2x2 15.9%網側-取暖AX-a9x911.01%AX-a3x3 16.9%AX-a8x8+a9x911.98%AX-a4x4 16.8%網側-勵磁AX-a5x5 1.049%AX-a1x1+a3x3 9.8%AX-a6x61.071%AX-a2x2+a4x4 9.8%網側-輔助

10、AX-a7X73.355%AX-a1x1+a2x2+a3x3+a4x418.2%空載電流 0.394空載損耗 4.2kW負載損耗(75)128kW總損耗(75)132.2kW冷卻方式 強迫導向油循環(huán)吹風冷卻（ODAF） 第三章 主變壓器3.1主變壓器的主要結構韶山7E型電力機車主變壓器采用殼式結構，與韶山7型電力機車主變壓器結構相似。變壓器鐵心呈雙“口”字形，水平疊裝，中心柱上布置高、低壓繞組，鐵心和鐵軛截面為矩形。所有高、低壓繞組均由餅式線圈組成，線餅為帶圓弧角的矩形。油箱分上、下兩部分，其水平和垂直方向截面都是矩形，鐵心臥式擱置在下油箱上，上油箱套住器身，上下油箱壓緊后焊接，從而使鐵心夾緊

11、。中間鐵心采用楔形板把線圈擠緊。為減少線圈漏磁引起的附加損耗，油箱上壓緊鐵心用的“”筋板、楔形板及其上、下墊板均采用低碳鋼板，并在線圈內腔的鐵心上、下方裝設了由硅鋼片制成的磁分路。3.2主變壓器主要部分的具體結構3.2.1 油箱主變壓器油箱分上、下兩節(jié)油箱。箱底及側壁均由5mm的16Mn鋼板焊接而成。3.2.2 鐵心主變壓器鐵心采用30Q130硅鋼片疊壓而成，斜接縫，其尺寸同韶山7型電力機車主變壓器。如圖2-1。鐵心疊厚800mm,窗口尺寸為290X700，鐵心截面積1755cm2，鐵心有效截面積1650cm2。心柱磁通密度1.535T。疊片系數0.94。鐵心重3055kg。3.2.3 線圈主

12、變壓器所有線圈均采用餅式線圈,交錯排列。網側線圈的一端X永久接地，稱為接地端；另一端A與接觸網相接，稱為高壓端。為提高耐沖擊過電壓能力，除首端4個線餅采用加強絕緣導線，增大餅間油道和隔板數外，在高壓第一線餅外還裝設了靜電屏，它與網側線圈的引出頭A端相連，以改善匝間電容的分布，降低起始電位梯度。為保證低壓電路工作的可靠性，與高壓端鄰近的牽引線圈側裝有接地屏。網側線圈采用兩根復合導線并繞及餅間換位以減少附加損耗。復合導線由兩根3.15mm×4.75mm扁銅線NOMEX紙包組合而成。牽引、輔助、勵磁線圈均由銅板焊接而成，尺寸相同，僅板厚不同。取暖線圈采用換位導線繞制。線圈技術數據見表2.1

13、。圖2.1 主變壓器鐵心圖表2.3 主變壓器線圈技術參數項 目網側線圈牽引線圈勵磁線圈輔助線圈取暖線圈總匝數444匝4X12 匝6匝(2+4）匝2X15.5匝線圈編號25285122832141518212433363713141920每餅匝數2728333+32415.515.5導體尺寸2(3.15×4.75)2.5×2501×2501×2509()絕緣厚度1.281.120.580.580.580.45（1）網側線圈共分16個線餅，其中有4個線餅是用2根組合導線并繞27匝而成；有12個線餅是用2根組合導線并繞28匝而成。（2）牽引線圈采用2.5mm厚

14、銅板，每餅線圈都為3匝，匝絕緣采用1層0.18mm厚NOMEX紙板加2層0.2mm厚紙板。（3）取暖線圈共2個線餅，采用NOMEX紙包的換位導線（9根）繞制，每餅匝數15.5匝。（4）勵磁線圈只有一個線餅，但分為兩部分，一部分為a5x5,一部分分為a6x6,各是3匝，由1mm銅板焊接而成 ，匝絕緣采用1層0.18mm厚NOMEX紙板加2層0.2mm厚紙板。（5）輔助線圈由2個線餅組成。一個線餅為2匝，一個線餅為4匝，也是由1mm銅板焊接而成 ，匝絕緣采用1層0.18mm厚NOMEX紙板加2層0.2mm厚紙板。整個線餅通過成組工藝作成一個外觀平整的絕緣整體，設有多種規(guī)格絕緣件，有形槽板、彎隔板、

15、L形角板、隔板等成形絕緣件。如圖2.2所示。圖2.2 絕緣件a）低壓形直槽板（外粘墊塊）；b）高壓形直槽板（內粘墊塊）；c）形外彎板；d）形內彎板；e）L形直角板；f）L形圓角板；g）帶油道割板（有A、B兩種）。3.2.4 冷卻系統(tǒng)JDFP2-7700/25型主變壓器采用強迫油循環(huán)風冷(ODAF)，冷卻系統(tǒng)見圖2.3所示。其附屬裝置主要有：圖2.3 主變壓器冷卻系統(tǒng)圖1潛油泵（B80-20/11B-SS11）主要技術參數供電電源 輔助逆變電源，三相50±1Hz 額定功率11kW額定電流 22.6A額定電壓380V額定電流 22.6A轉速 2920r.p.m流量 80m3/h揚程200

16、kPa2全鋁合金板翅式冷卻器（STD-SS11）主要技術參數熱交換功率260kW循環(huán)油量80m3/h入口油溫850C空氣側壓力損失1.275kPa入口風溫400C油側壓力損失60kPa3風機，主要技術參數額定功率20kW轉速 1472r.p.m風量375m3/h全壓2600Pa風機噪聲96dB3.2.5 油保護裝置1儲油柜采用鋁板焊接結構，裝在平波電抗器油箱上方，儲油柜箱底作為平波電抗器油箱的箱蓋。儲油柜的功能有二：（1）減少變壓器油與空氣接觸面積，減緩變壓器油的老化過程。（2）當油箱中變壓器油受熱膨脹時，使多余的那部分變壓器油進入儲油柜中，并儲存在儲油柜里，當油箱中的變壓器油變冷收縮時，儲油

17、柜里的油進入油箱，并把油箱添滿，使油箱在任何時候都充滿變壓器油。2油表油表焊裝在儲油柜上，儲油柜的側板上有兩個5mm的孔，以保證儲油柜中的油能流入油表內，油表中有一反光板，用于指示油位。油表標有溫度刻度，這些刻度指示變壓器未工作時，在環(huán)境溫度分別是+40、+20、-30時儲油柜里的油應具有的油位。3吸濕器吸濕器裝在儲油柜上，用鋼管與儲油柜上部空間連接起來，當儲油柜油面上升時，柜內油位上部空間的部分空氣須要排往大氣。當儲油柜內的油位下降時，柜內油位上部的空氣不足，須要從大氣中吸進空氣 ，以免形成負壓。這就要求在儲油柜與大氣中建立一個通道，這種通道間裝設吸濕器用來當變壓器油膨脹、收縮和呼吸時，吸收

18、空氣中的灰塵、水分，以緩和油質的劣化速度。在吸濕器中變壓器油質量約為100g，硅膠質量約為1500g。正常干燥情況下硅膠顏色為蘭色（青色），吸濕后是淡紫色，接近飽和時是淡紅色，如果發(fā)現硅膠有二分之一以上為淡紅色時應進行干燥處理。4. 信號溫度計WTZK-02信號溫度計裝在儲油柜上，用來測量變壓器油箱上層油溫。信號溫度計由測溫筒(油包)、金屬毛細管、測壓彈簧、刻度盤、指針及接觸系統(tǒng)組成。當測溫筒的溫度升高時，其內的液體氣化后體積膨脹，沿著金屬毛細管傳到測壓彈簧，使其變形。彈簧的變形通過傳動機構改變指針的偏轉角，從而指示油溫。信號溫度計設有電接點，信號溫度計的感溫頭采用垂直安裝，溫度計安裝座中可注

19、變壓器油。當油溫超過800C時，司機在故障顯示屏上可看到。5. 油流繼電器YJ-100型油流繼電器裝在潛油泵出口聯管中，當潛油泵正常運行時，油流繼電器的接點閉合，顯示信號，表示油循環(huán)正常。反之，發(fā)出故障顯示信號。6. 壓力釋放閥壓力釋放閥型號為YSF5-70/50KJW帶兩對常開接點，當變壓器箱體內壓力超過70kPa，壓力釋放閥打開，噴出的油經油管，從車體底部排到車外，同時接點閉合，一對在顯示屏上顯示，一對跳主斷路器，以免事故擴大。3.2.6 引出線接頭1. 25kV、300A高壓套管為戶外形，套管上部在車頂外，下部在變壓器油箱內，其上套有高壓電流互感器，如圖2.4所示。圖2.4 高壓套管2.

20、 低壓端子，采用鍍銀鋁排環(huán)氧澆注端子，如圖2.5所示圖2.5 環(huán)氧澆注端子1）環(huán)氧澆注端子；2）鍍銀母線3.2.7 變壓器油主變壓器油箱內充滿變壓器油。變壓器油既是絕緣介質，又是冷卻介質。JDFP2-7700/25型主變壓器采用的是25號變壓器油，重3350kg。凝固點為-25。運行中的變壓器油耐壓一般不應低于30kV。 第四章 電力機車主變壓器常見故障的分析及處理4.1 主變壓器常見故障的分析 主變壓器是電力機車牽引供 電系統(tǒng)的核心設備, 也是保證牽引 供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的關鍵設 備。本文列舉近年來我廠主變壓器 在檢修及運用中發(fā)生的一些典型 故障, 并根據故障情況和原因結合 實際進行了分析

21、, 提出了解決方法 和改進建議。 4.2 主變壓器漏油及處理方法 滲漏油故障是油浸式變壓器 的慣性故障之一, 變壓器滲漏油不 僅影響變壓器及相關設備的外觀, 還會污染機車內部電纜及設備, 迫 使變壓器不得不停電檢修, 甚至危 及行車安全。因此, 解決滲漏油問 題是提高主變壓器質量的關鍵項 之一。電力機車主變壓器滲漏油的 部位主要有連接部位、密封墊的交 接面和箱體及附件焊接部位。 4.2.1 滲漏油主要原因 主變壓器的滲漏原因是多種 多樣的, 主要表現在: 密封件的老 化和密封件本身的產品質量不過 關; 焊接質量不良; 安裝工藝和安 裝操作不規(guī)范; 鑄件有砂眼以及設備結構不合理和制造問題等等。

22、4.2.2 處理方法 針對密封墊滲漏, 應先檢查密 封墊是否有龜裂、斷裂等現象; 同 時檢查緊固螺栓緊固是否良好、有 無卡滯。在 SS4 機車主變壓器上, 曾多次發(fā)現由于法蘭與碟閥之間 螺母選擇不當致使影響密封墊無 法壓緊的情況。如檢查良好, 先均 勻緊固連接螺栓; 緊固無效時, 應 更換密封圈并重新上膠密封。結構 不良或密封方法不合理的部件, 如 有些散熱器、凈油器聯結法蘭強度 不夠, 在擰緊螺栓時引起了變形, 應予以改造或更換; 同時應注意密 封處的壓接平面要光潔平整。 針對裂紋及焊接質量不良造 成的漏油, 對存在的油污點, 先用 小扁鏟或鋼絲刷清理, 再用汽油清 洗并用綿絲擦凈, 觀察并

23、找到滲漏 點的準確位置。如無法用眼睛觀察 到, 可以用粉筆涂抹在疑點, 觀察 粉筆濕潤狀態(tài), 來確定準確滲漏 點。針對滲漏點,可采取補焊辦法進 行修復。變壓器油箱上部發(fā)現滲漏 時, 只須排出少量的油即可焊接處 理; 油箱下部發(fā)現滲漏時, 由于吊 芯放油浪費太大且受現場條件限制, 可采用帶油焊接處理。帶油補 焊應在漏油不顯著的情況下進行, 一般禁止使用氣焊。焊接選用較細 的焊條如 422、425 焊條為宜。補焊 時應將施焊部位的油跡清除干凈, 施焊過程中要注意防止穿透和著 火。施焊部位必須在油面 200mm 以下。施焊時采用斷續(xù)、快速點焊, 燃弧時間應控制在 10s 一 20s 之 內, 絕對不

24、允許長時間連續(xù)焊接。 補焊滲漏油較嚴重的孔隙時, 可先 用鐵線等堵塞或鉚后再施焊; 在靠 近密封橡膠墊圈或其它易損部件 附近施焊時, 應采取冷卻和保護措 施。4.3 散熱器堵塞造成的油溫升高故障及處理方法 除 SS1、SS3 和 SS6 機車主變 壓器外, 其他機車主變壓器均采用 了鋁制箱式散熱器。我廠檢修的 SS7 系列電力機車從 2006 年開始, 多次接到主變壓器油溫報警的質 量信息, 特別是西安機務段的 SS7E 機車變壓器, 有多臺運行溫 度曾達到 90。 4.3.1油溫高主要原因 經過對故障變壓器散熱器研究與探討查發(fā)現, 原因主要有兩方面。一部 分散熱器由于風路翅片間隙設計 較小

25、( 片間為矩形孔, 規(guī)格為 10.5mm×2.5mm), 散熱片間堵塞嚴 重, 檢查發(fā)現堵塞物主要是破裂的 濾塵網, 由于機車上蓋安裝的散熱 風道濾塵網強度不高, 破裂后卡滯 在散熱片間, 影響了散熱器通風 量; 另一部分散熱器的上部翅片大 面積倒塌, 堵塞了翅片之間的間 隙, 使散熱器通風量減少, 影響散 熱效果。 3.2 處理方法 我廠結合中修對原有濾塵網 進行了改造加固, 在原有的濾塵網 上下加裝了強度較高的鋼制濾塵 網, 避免原濾塵網受力破裂; 針對 箱式散熱器上側倒塌的散熱片, 利 用扁嘴鉗將其修復垂直, 保證通風 順暢。此外, 建議運用段定期對濾 塵網進行清掃。 4.3.

26、2通過直流電阻測量發(fā)現的器身問題 測量主變壓器繞組直流電阻 值是正常檢修、例行試驗等過程中 的基本項目之一, 也是發(fā)生故障之 后的重要檢查項目。我廠在 2006 年 7 月對一臺 SS4 主變壓器進行中修正常檢查 時, 測量其某繞組直流電組大于出 廠標準值的 30%, 遠超過了中修限 度的 5%。隨后進行吊芯檢查, 將器 身從油箱中吊出后, 經過檢查, 發(fā) 現 A 柱與 X 柱繞組短接點外包絕 緣有發(fā)黑現象; 剝開外包絕緣, 發(fā) 現引出頭焊接部位由于虛焊存在 間隙, 有輕微放電現象。重新打磨 處理進行焊接后, 直流電組恢復正 常。此次故障的檢出, 進一步證實 了測量主變壓器直流電阻的必要 性。

27、 4.4感應耐壓試驗擊穿故障及處理方法主變壓器的感應耐壓試驗是 保證變壓器質量標準的一項重要 試驗。變壓器繞組的匝間、層間、段 間及相間絕緣的絕緣感應耐壓試 驗, 是變壓器絕緣試驗中的重要項 目。2006 年我廠已有三臺主變壓器 在做例行試驗時, 發(fā)生了感應耐壓 擊穿故障。 4.4.1 故障原因 我們通過對故障變壓器高壓 繞組進行 1.8kV 的無油耐壓試驗,找到了故障點及故障原因。由于變 壓器外牽引繞組繞制及組裝需要, 在其絕緣筒上部圓周上鉆有 8 個 直徑 8mm 的孔, 組裝完畢后用木 楔填滿并進行了涂漆處理。由于部 分填補處處理不當造成絕緣薄弱, 而高壓繞組首頭部分與外牽引繞 組電位差較大, 長時間運行后絕緣 老化, 在此處發(fā)生了擊穿現象。 4.4.2 處理方法 對絕緣筒縫隙處打磨處理, 用 環(huán)氧樹脂對其進行填補, 填補后涂 絕緣漆; 對燒損的銅線進行短接處 理, 焊接部位需做外包絕緣處理